چرا بازده انرژی کمتر از ۵ به ۱، سوخت‌های سودآور را به باری بر دوش جامعه تبدیل می‌کند؟

یک تمدن تنها در صورتی می‌تواند بودجه بیمارستان‌ها، دانشگاه‌ها و گالری‌های هنری را تامین کند که سیستم انرژی آن بسیار بیشتر از آنچه برای فعالیت خود مصرف می‌کند، انرژی تولید کند. این مازاد ترمودینامیکی، پیش‌شرط مطلق برای پیچیدگی اقتصاد مدرن است. اگر یک جامعه مجبور باشد نیمی از انرژی خود را صرفاً برای به دست آوردن انرژی بیشتر صرف کند، نیمه باقی‌مانده نمی‌تواند یک اقتصاد پیشرفته و جهانی‌شده را سرپا نگه دارد.[2][8]

این پویایی با «بازده سرمایه‌گذاری انرژی» یا EROI سنجیده می‌شود. این یک نسبت ساده است: واحدهای انرژی استخراج‌شده تقسیم بر واحدهای انرژی مصرف‌شده برای استخراج آن‌ها. بازده ۱ به ۱ به این معناست که یک فرآیند دقیقاً به همان اندازه‌ای که انرژی تولید می‌کند، انرژی مصرف می‌کند؛ و این امر، فارغ از سودآوری مالی، آن را به عنوان یک منبع نیرو بی‌فایده می‌سازد.[1][4]

در اوایل قرن بیستم، بازده انرژی اکتشافات نفت متعارف در مکان‌هایی مانند تگزاس و خاورمیانه به طور معمول از ۱۰۰ به ۱ فراتر می‌رفت. به ازای هر بشکه نفتی که در اکتشاف و حفاری سوزانده می‌شد، صد بشکه به جامعه بازمی‌گشت. آن مازاد عظیم ۹۹ بشکه‌ای، دنیای مدرن را ساخت، توسعه اقتصادی پس از جنگ را تامین مالی کرد و طبقه متوسط جهانی را به وجود آورد.[4][8]

اما دوران انرژی آسان به پایان رسیده است. پژوهشگران دانشگاه لیدز مستند کرده‌اند که سوخت‌های فسیلی اکنون بازده سرمایه‌گذاری «به‌شدت ضعیفی» ارائه می‌دهند. با رانده شدن حفاران به سمت ذخایر آب‌های عمیق، محیط‌های قطبی و عملیات پیچیده شکست هیدرولیکی، هزینه فیزیکی انرژی برای استخراج سر به فلک می‌کشد.[3][7]

امروزه، بازده انرژی نفت‌های نامتعارف و ماسه‌های نفتی اغلب بین ۵ به ۱ تا ۱۰ به ۱ در نوسان است. اگرچه نسبت ۵ به ۱ همچنان بازده خالص مثبتی به همراه دارد، اما ریاضیات انرژی خالص دیکته می‌کند که با نزدیک شدن این نسبت به اعداد تک‌رقمی، منفعت اجتماعی به شدت افت می‌کند؛ پدیده‌ای که اقتصاددانان بوم‌شناختی آن را «پرتگاه انرژی خالص» می‌نامند.[1][5]

پرتگاه انرژی خالص خطی نیست. در بازده ۱۰۰ به ۱، جامعه ۹۹ درصد از انرژی ناخالص را حفظ می‌کند. در ۵۰ به ۱، این رقم ۹۸ درصد است؛ تفاوتی که به سختی قابل توجه است. اما با سقوط این نسبت از ۱۰ به ۱ به ۵ به ۱، سهم انرژی بلعیده‌شده توسط خود بخش انرژی از ۱۰ درصد به ۲۰ درصد دو برابر می‌شود و مقادیر عظیمی از توان قابل استفاده را از اقتصاد کلان حذف می‌کند.[5][8]

یک تحلیل برجسته که در نشریه MDPI منتشر شد، به دنبال محاسبه حداقل بازده انرژی دقیقی بود که یک جامعه پایدار باید داشته باشد. پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که اگرچه بازده ۳ به ۱ ممکن است سیستم‌های پایه کشاورزی و حمل‌ونقل را حفظ کند، اما برای حمایت از هنر، آموزش عالی و سیستم‌های پیشرفته بهداشت و درمان که تمدن مدرن را تعریف می‌کنند، حداقل نسبت ۵ به ۱ ضروری است.[2]

این واقعیت ترمودینامیکی اغلب توسط بازارهای مالی پنهان می‌ماند. یک پروژه نفتی در آب‌های عمیق ممکن است با نفت بشکه‌ای ۸۵ دلار بسیار سودآور باشد و میلیاردها دلار سرمایه جذب کند. اما اگر بازده انرژی آن ۴ به ۱ باشد، به طور همزمان به عنوان یک بار ترمودینامیکی بر دوش اقتصاد کلان عمل می‌کند و نیازمند ورودی‌های عظیم انرژی است که هزینه پایه تمام کالاها و خدمات دیگر را بالا می‌برد.[1][8]

به همین دلیل است که گذار به انرژی‌های تجدیدپذیر، مستقل از اهداف اقلیمی، یک ضرورت ساختاری است. ابتکار «روز تخطی زمین» تاکید می‌کند که زیرساخت‌های تجدیدپذیر، پس از ساخته شدن، راهی برای خروج از تله انرژی خالص ارائه می‌دهند. در حالی که تولید پنل‌های خورشیدی و توربین‌های بادی نیازمند سرمایه‌گذاری اولیه قابل‌توجهی از انرژی است، هزینه‌های انرژی عملیاتی آن‌ها نزدیک به صفر است.[6]

توربین‌های بادی مدرن در طول عمر ۲۵ ساله خود به طور مکرر به بازده انرژی ۲۰ به ۱ یا بالاتر دست می‌یابند و به راحتی از آستانه اجتماعی ۵ به ۱ عبور می‌کنند. فتوولتائیک‌های خورشیدی، بسته به موقعیت جغرافیایی و کارایی تولید، عموماً بین ۱۰ به ۱ تا ۱۵ به ۱ بازده دارند و یک مازاد ترمودینامیکی پایدار فراهم می‌کنند.[1][6]

قوی‌ترین استدلال متقابل از سوی تحلیلگران انرژی بر روی مسئله تناوب متمرکز است. همان‌طور که فوربز در سال ۲۰۱۵ اشاره کرد، بازده انرژی ابزاری حیاتی برای پیش‌بینی بهترین ترکیب انرژی است، اما بازده خام تجدیدپذیرها هزینه انرژی ذخیره‌سازی باتری یا تعدیل شبکه را در نظر نمی‌گیرد. وقتی انرژی مورد نیاز برای تولید ذخیره‌سازهای لیتیوم-یون محاسبه می‌شود، بازده انرژی «تعدیل‌شده» خورشیدی و بادی به طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد و گاهی به طرز خطرناکی به مرز ۵ به ۱ نزدیک می‌شود.[4][8]

اقتصاد جهانی در حال حاضر با مازاد رو به کاهش سوخت‌های فسیلی قدیمی کار می‌کند. چالش اصلی دهه ۲۰۲۰ استفاده از این مازاد باقی‌مانده با بازده بالا برای تولید نسل بعدی زیرساخت‌های تجدیدپذیر است. اگر جامعه تا زمانی که میانگین بازده انرژی فسیلی به زیر ۵ به ۱ برسد صبر کند، ظرفیت ترمودینامیکی اضافی برای ساخت سیستم جایگزین را نخواهد داشت.[2][5]

این محدودیت مطلق است. یارانه‌های مالی و قیمت‌گذاری بازار می‌توانند بازده انرژی پایین را برای سال‌ها پنهان کنند، اما نمی‌توانند قوانین فیزیک را بازنویسی کنند. موفقیت گذار انرژی نه با هزینه دلاری زیرساخت‌ها، بلکه با این مسئله تعیین می‌شود که آیا شبکه جدید می‌تواند به طور مداوم مازاد ترمودینامیکی ۵ به ۱ مورد نیاز برای حفظ جامعه مدرن را ارائه دهد یا خیر.[8]